單片機與接口技術(shù)課程設(shè)計(LCD顯示的電子鐘、多功能多拓展)

1、單片機與接口技術(shù)課程設(shè)計報告課題名稱LCD顯示的電子鐘學(xué)院專業(yè)班級姓名學(xué)號時間摘 要單片機就是微控制器，是面向應(yīng)用對象設(shè)計、突出控制功能的芯片。單片機接上晶振、復(fù)位電路和相應(yīng)的接口電路，裝載軟件后就可以構(gòu)成單片機應(yīng)用系統(tǒng)。將它嵌入到形形色色的應(yīng)用系統(tǒng)中，就構(gòu)成了眾多產(chǎn)品、設(shè)備的智能化核心。本課程設(shè)計就是應(yīng)用單片機強大的控制功能制作LCD智能電子鐘，該電子鐘包括三大功能：實時顯示年、月、日、時、分、秒；實時監(jiān)測環(huán)境溫度（可根據(jù)需要啟動高溫報警功能）；電子鬧鐘。本設(shè)計采用的是AT89C52單片機，該單片機采用的MCU51內(nèi)核，因此具有很好的兼容性，內(nèi)部帶有8KB的ROM，能夠存儲大量的程序。計時芯

2、片采用DALLAS公司的涓細充電時鐘芯片DS1302，該芯片通過簡單的串行通信與單片機進行通信，時鐘/日歷電路能夠?qū)崟r提供年、月、日、時、分、秒信息，采用雙電源供電，當(dāng)外部電源掉電時能夠利用后備電池準確計時。溫度檢測采用DALLAS公司的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20，該芯片采用的是獨特的“一線總線”的方式與單片機進行通信，一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點，是用戶可以輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新的概念。實時溫度采用一線總線的方式傳輸大大提高了信號的抗干擾性，分辨率可通過軟件設(shè)置，其小巧的體積為各種環(huán)境下測量溫度提供了方便。顯示器件采用通用型1602液晶，可顯示32個字符，如果使用數(shù)

3、碼管來做顯示器件需消耗大量的系統(tǒng)資源，因此采用低功耗的1602液晶，該液晶顯示方便，功能強大，完全能滿足數(shù)字萬年歷的顯示要求。通過此次課程設(shè)計能夠更加牢固的掌握單片機的應(yīng)用技術(shù)，增強動手能力、硬件設(shè)計能力以及軟件設(shè)計能力。目 錄一、設(shè)計任務(wù)及要求41.設(shè)計任務(wù)42.設(shè)計要求43.設(shè)計元件4二、設(shè)計的基本方案及步驟41.設(shè)計方案42.設(shè)計步驟6三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計61、LCD液晶顯示模塊設(shè)計62、實時時間計算模塊設(shè)計63、實時環(huán)境溫度檢測模塊設(shè)計74、報警（鬧鈴）模塊設(shè)計85、設(shè)置模塊設(shè)計8四、系統(tǒng)軟件設(shè)計8五、系統(tǒng)硬件仿真運行情況圖11結(jié)束語：16參考文獻：16附錄一：電路原理圖17附錄二：源

4、程序代碼17一、設(shè)計任務(wù)及要求1.設(shè)計任務(wù)基于AT89C51單片機，制作一個LCD顯示的智能電子鐘。2.設(shè)計要求1）使用文字型LCD顯示當(dāng)前日期和時間；2）顯示格式為：“年-月-日，時時：分分：秒秒”；3）用4個功能鍵操作來設(shè)置當(dāng)前時間，功能鍵K1-K4功能如下；K1選擇設(shè)置年/月/日，時/分/秒；K2加1；K3減1；K4確認完成設(shè)置；4）程序執(zhí)行后LCD顯示日歷和時間；5）增加萬年歷顯示“年月日”；6）增加鬧鈴功能，時間到則產(chǎn)生音樂聲；7）增加溫度傳感器顯示當(dāng)前的溫度。3.設(shè)計元件：AT89C52單片機；LCD采用LM016L16*2字符型LCD液晶顯示器；采用定時器DS1302；溫度傳感器

5、DS18B20；四個開關(guān)； 一個1k排阻。二、設(shè)計的基本方案及步驟1.設(shè)計方案此系統(tǒng)以AT89C52單片機為控制核心，通過與DS1302和DS18B20通信獲取實時時間和實時環(huán)境溫度，并將得到的數(shù)據(jù)通過1602液晶顯示出來，同時通過相應(yīng)的按鍵調(diào)整相應(yīng)的值。因此本設(shè)計可分為以下模塊：顯示模塊、實時時間計算模塊、實時環(huán)境溫度采集模塊、報警模塊、設(shè)置模塊（時間設(shè)置模塊、最高溫度設(shè)置模塊、鬧鈴設(shè)置模塊）。圖1 總體設(shè)計框圖下面對各個模塊逐一進行分析：1）液晶顯示模塊1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等點陣型液晶模塊。它有若干個5x7或5x11點陣字符位組成，每個點

6、陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。1602的驅(qū)動電路帶有11條指令，可以很方便的控制液晶的實現(xiàn)效果，如：清屏、左移、右移、光標顯示。而且1602顯示的字符在下一條指令為到來之前不會改變，也就能夠維持顯示的字符，1602液晶占用的系統(tǒng)資源也少。故采用1602液晶組成此設(shè)計的顯示模塊。2）實時時間計算模塊DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進行通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。實時時鐘可提供秒、分、時、日、月和年，一

7、個月小于31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補償功能。工作電壓寬達2.55.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。利用單片機強大的控制功能就可實現(xiàn)實時計時的功能，而且消耗的系統(tǒng)資源少，程序簡單。3）實時環(huán)境溫度采集模塊DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器，采用單總線的接口方式與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20 的雙向通訊。單總線具有經(jīng)濟性好，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，使用方便等優(yōu)點，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。測量溫度范圍寬，測量精度

8、高，在使用中不需要任何外圍元件，支持多點組網(wǎng)功能。多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的單線上，實現(xiàn)多點測溫，供電方式靈活。DS18B20 可以通過內(nèi)部寄生電路從數(shù)據(jù)線上獲取電源。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)線上的時序滿足一定的要求時，可以不接外部電源，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)趨于更簡單，可靠性更高。因此非常適合本系統(tǒng)使用。4）報警（鬧鈴）模塊此模塊采用無源蜂鳴器實現(xiàn)，只要編寫相應(yīng)的程序即可實現(xiàn)發(fā)出不同頻率的聲音。5）設(shè)置模塊因設(shè)置模塊只需編寫相應(yīng)的程序外加相應(yīng)的按鍵即可實現(xiàn)，實現(xiàn)方法較簡單，在此不再介紹。2.設(shè)計步驟1）首先根據(jù)設(shè)計要求，分析電子鐘的工作原理，然后查閱相關(guān)元件資料及文獻。如LCD液晶顯示器，DS18b

9、20溫度傳感器，DS1302時鐘芯片；2）針對實現(xiàn)的功能，利用proteus軟件來畫硬件圖；3）結(jié)合硬件圖，寫出相關(guān)硬件的的程序框圖，然后進行編寫程序。4）用keil軟件進行程序編譯，調(diào)試，然后再送給proteus仿真，實現(xiàn)各模塊硬件的仿真運行；5）最后將各個模塊的程序組合，調(diào)試，編譯，實現(xiàn)整體仿真。三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計系統(tǒng)硬件Proteus仿真原理圖（圖2）：XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/

10、T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C52234567891RP1RESPACK-8D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3LCD1LM016L30.0DQ2VCC3G

11、ND1U2DS18B20LS1SOUNDERRST5SCLK7I/O6X12X23VCC18VCC21U3DS1302X1CRYSTALVCCVCCk1k2k3k4選擇加1減1確定（溫度）（鬧鈴）（復(fù)位）offonVCCLCD1602液晶VCC圖2 系統(tǒng)硬件Proteus仿真原理圖1、LCD液晶顯示模塊設(shè)計LCD1602液晶與單片機的接口電路（圖3）：圖3 LCD1602液晶與單片機的接口電路圖1）1602液晶功耗較小，可直接與單片機接口相接，電源直接與電源電路相接，使用單片機的P0口和P2口與1602進行通信。由于P0口為漏極，所以加個排阻，D0D7連接P0口，LCD的使能信號端接P2.7，

12、數(shù)據(jù)/命令端（H/L）接P2.6，讀/寫選擇端(H/L)接P2.5。2）1602相應(yīng)功能特性介紹：（1）+5V電壓，對比度可調(diào)；（2）內(nèi)含復(fù)位電路；（3）提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能；（4）有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM；（5）內(nèi)建有160個5x7點陣的字型字符發(fā)生器CGROM；（6）8個可由用戶自定義的5x7的字符發(fā)生器CGRAM；2、實時時間計算模塊設(shè)計DS1302與單片機的接口電路（圖4）：圖4 DS1302與單片機的接口電路各引腳的功能為：1Vcc2：5V電源（當(dāng)Vcc2Vcc1+0.2V時，由Vcc2向DS1302供電，當(dāng)Vcc2 Vcc1時

13、，由Vcc1向DS1302供電。）；2、3X1、X2 是外接晶振腳（32.768KHZ的晶振）；4地（GND）；6I/O：數(shù)據(jù)輸入輸出口；5CE/RST：復(fù)位腳；7SCLK：串行時鐘輸入；8Vcc1：備用電池端。3、實時環(huán)境溫度檢測模塊設(shè)計DS18B20與單片機的接口電路（圖5）：圖5 DS18B20與單片機的接口電路數(shù)據(jù)DQ端接在P3.3口。DS18B20通過單總線實現(xiàn)與單片機的通信，每個DS18B20都有一個唯一的序列號，可以方便的實現(xiàn)組網(wǎng)檢測，以9 位數(shù)字量的形式反映器件的溫度值。DS18B20 通過一個單線接口發(fā)送或接收信息，因此在中央微處理器和DS18B20 之間僅需一條連接線（加上

14、地線）。用于讀寫和溫度轉(zhuǎn)換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無需外部電源。所以多只DS1820 可以同時連在一根單線總線上，這樣就可以把溫度傳感器放在許多不同的地方。這一特性在HVAC 環(huán)境控制、探測建筑物、儀器或機器的溫度以及過程監(jiān)測和控制等方面非常有用。4、報警（鬧鈴）模塊設(shè)計蜂鳴器與單片機的接口電路（圖6）：圖6蜂鳴器與單片機的接口電路圖報警（鬧鈴）模塊采用單片機輸出一定頻率的方波從而使蜂鳴器發(fā)出聲音。5、設(shè)置模塊設(shè)計各按鍵與單片機的接口電路（圖7）：圖7各按鍵與單片機的接口電路設(shè)置模塊采用四個按鍵k1、k2、k3、k4與P14、P15、P16、P17相接組成獨立按鍵。四、系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件設(shè)計

15、是本設(shè)計的關(guān)鍵，軟件程序編寫的好壞直接影響著系統(tǒng)運行情況的良好。因為此系統(tǒng)的程序涉及的模塊較多，所以程序編寫也采用模塊化設(shè)計。C語言具有編寫靈活、移植方便、便于模塊化設(shè)計的特點，所以此系統(tǒng)的軟件采用C51語言編寫。1.程序總流程圖（圖8）：圖8 程序總流程圖2.子程序流程圖：1）LCD液晶顯示（圖9）：圖9 LCD液晶顯示流程圖2）報警（鬧鈴）（圖10）：圖10 報警（鬧鈴）流程圖3）實時環(huán)境溫度檢測（圖11）：圖11 實時環(huán)境溫度檢測流程圖4）設(shè)置（圖12）：圖12 設(shè)置流程圖五、系統(tǒng)硬件仿真運行情況圖 圖13 開始運行LCD顯示情況1.顯示實時時間（圖14）：圖14 實時時間顯示圖2.顯示

16、當(dāng)前溫度（圖15）：圖15 當(dāng)前溫度顯示圖3.時間設(shè)置（圖16）：圖16 時間設(shè)置圖4.鬧鈴設(shè)置：1）OFF狀態(tài)：圖17 鬧鈴OFF狀態(tài)圖2）ON狀態(tài)：圖18 鬧鈴ON狀態(tài)圖3）鬧鈴時間到，鬧鈴響：圖19 鬧鈴時間到，響鈴圖5.最高報警溫度設(shè)置：1）OFF狀態(tài)：圖20 超溫報警OFF狀態(tài)圖 2）ON狀態(tài)：圖21 超溫報警ON狀態(tài)圖3）檢測溫度：圖22 測溫圖4）超溫報警，蜂鳴器響：圖23 超溫報警圖結(jié)束語：在這短短兩周轉(zhuǎn)瞬即逝的課程設(shè)計實訓(xùn)期間，很大程度上提高了我們自主學(xué)習(xí)和思考的能力，從中我們受益匪淺，同時，鞏固了我們這學(xué)期以來所學(xué)的單片機原理與接口技術(shù)這門課程，讓我們找到了求知的樂趣，明白

17、了帶我們的的老師們的良苦用心和殷切希望。本次課程設(shè)計中所涉及的大部分知識，在課本上是沒有的，而是在已有知識的基礎(chǔ)上，通過到圖書館查閱相關(guān)資料和網(wǎng)上資源，經(jīng)過反復(fù)思考，經(jīng)融合而得出的。本次課程設(shè)計實訓(xùn)切實體現(xiàn)了將課本所學(xué)知識運用到實際生活中的價值所在！參考文獻：【1】吳亦鋒、陳德為，單片機原理與接口技術(shù)M, 北京：電子工業(yè)出版社，2010.【2】王小建、胡長勝，單片機設(shè)計與應(yīng)用M,北京：清華大學(xué)出版社，2010.8.【3】凌志浩、張建正，AT89C52單片機原理與接口技術(shù)M,北京：高等教育出版社，2011.3.【4】朱清慧，Proteus顯示控制系統(tǒng)設(shè)計與實例M，北京：清華大學(xué)出版社，2011.

18、5.附錄一：電路原理圖附圖1附錄二：源程序代碼#include#includeunsigned char code displaywelcome= Welcome To My Lcd Timer;/歡迎界面unsigned char code displaywish= Happy Every Day _; /歡迎界面unsigned char code overtemperature=OVERTEMPERATURE!;unsigned char code digit=0123456789; /數(shù)字代碼unsigned char mode,TH,TL,TN,TD,length,tempswitc

19、h,Maxtemp=40,amode,alarmmode,minutes,hours,minutea,seconds,houra=12;sbit SCLK=P10;/DS1302時鐘輸入sbit DATE=P11;/DS1302數(shù)據(jù)輸入sbit REST=P12;/DS1302復(fù)位端口sbit SET=P14;/DS1302設(shè)置模式選擇位sbit ADD=P15;/增加sbit RED=P16;/減小sbit CANL=P17; /確定void delay1ms(int i)/1毫秒延時 int j,k; while(i-) for(j=76;j1;j-); for(k=29;k1;k-);

20、void delaynus(unsigned char n) /延時若干微秒 unsigned char i; for(i=0;i0;i-) _nop_(); void baojing(unsigned char n) unsigned char x,i; while(n-) for(i=0;i5;i+) for(x=0;x200;x+) beep=beep; dely500(); for(i=0;i3;i+) for(x=0;x200;x+) beep=beep; dely500(); dely500(); /*DS1302模塊*/ void Write1302(unsigned char

21、date)/向1302寫數(shù)據(jù) unsigned char i;SCLK=0;delaynus(2);for(i=0;i=1; void WriteSet1302(unsigned char cmd,unsigned char date) /根據(jù)相應(yīng)的命令輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù) REST=0;SCLK=0;REST=1;Write1302(cmd);delaynus(5);Write1302(date);SCLK=1;REST=0; unsigned char Read1302(void)/讀取1302數(shù)據(jù) unsigned char i,date;delaynus(2);for(i=0;i=1;if(

22、DATE=1)date|=0x80;SCLK=1;delaynus(2);SCLK=0;delaynus(2);return date; unsigned char ReadSet1302(unsigned char cmd)/根據(jù)命令讀取1302相應(yīng)的值unsigned char date;REST=0;SCLK=0;REST=1;Write1302(cmd);delaynus(2);date=Read1302();SCLK=1;REST=0;return date;void IntDS1302(void) /DS1302初始化 unsigned char flag; flag= ReadS

23、et1302(0x81);if(flag&0x80) /判斷時鐘芯片是否關(guān)閉 WriteSet1302(0x8E,0x00); /根據(jù)寫狀態(tài)寄存器命令字，寫入不保護指令 WriteSet1302(0x80,(0/10)4|(0%10); /根據(jù)寫秒寄存器命令字，寫入秒的初始值WriteSet1302(0x82,(0/10)4|(0%10); /根據(jù)寫分寄存器命令字，寫入分的初始值WriteSet1302(0x84,(0/10)4|(0%10); /根據(jù)寫小時寄存器命令字，寫入小時的初始值WriteSet1302(0x86,(0/10)4|(0%10); /根據(jù)寫日寄存器命令字，寫入日的初始值W

24、riteSet1302(0x88,(0/10)4|(0%10); /根據(jù)寫月寄存器命令字，寫入月的初始值WriteSet1302(0x8c,(10/10)4)*10+(value&0x0f);display_Second(seconds);value=ReadSet1302(0x83);minutes=(value&0x70)4)*10+(value&0x0f);display_Minute(minutes);value=ReadSet1302(0x85);hours=(value&0x70)4)*10+(value&0x0f);display_Hour(hours);value=ReadSe

25、t1302(0x87);day=(value&0x70)4)*10+(value&0x0f);display_Day(day);value=ReadSet1302(0x89);month=(value&0x70)4)*10+(value&0x0f);display_Month(month);value=ReadSet1302(0x8D);year=(value&0xf0)4)*10+(value&0x0f);display_Year(year);void displaystar(void) /顯示歡迎界面unsigned char i,j;Write_Address(0x0f);while(d

26、isplaywelcomei!=0)Write_Date(displaywelcomei);i+;delay1ms(1);i=0;Write_Address(0x4f);while(displaywishi!=0)Write_Date(displaywishi);i+;delay1ms(1);j=40;while(j-)Write_com(0x18);/循環(huán)左移delay1ms(700); Write_com(0x01);delay1ms(10);void gbdisplay(unsigned char address) /時間調(diào)整時光標閃爍Write_Address(address);del

27、ay1ms(5);Write_com(0x0f);delay1ms(5); void displaymaxt(unsigned char x) /顯示最大溫度unsigned char i,j,k;Write_com(0x0c);delay1ms(2);Write_Address(0x44);i=x/100;j=x/10;k=x%10;Write_Date(digiti);Write_Date(digitj);Write_Date(digitk);/*時間調(diào)整部分*/void hourset(void)/調(diào)時unsigned char timevalue,hour;delay1ms(500);

28、/防止多次觸發(fā)WriteSet1302(0x8e,0x00);/將寫保護去掉，確保能正常將調(diào)整后的數(shù)值寫入DS1302timevalue=ReadSet1302(0x85); /讀取此時的數(shù)值hour=(timevalue&0x70)4)*10+(timevalue&0x0f);while(1)if(ADD=0)delay1ms(50);if(ADD=0)hour+;delay1ms(300);while(ADD=0);if(RED=0)delay1ms(50);if(RED=0)hour-;delay1ms(300);if(hour=0) hour=23;while(RED=0);timev

29、alue=(hour)/10)=24) hour=0;delay1ms(5);if(CANL=0) mode=0;Write_com(0x0c);break;if(SET=0) break;WriteSet1302(0x8e,0x80);void minuteset(void) /調(diào)分unsigned char timevalue,minute;delay1ms(500);WriteSet1302(0x8e,0x00);timevalue=ReadSet1302(0x83);minute=(timevalue&0x70)4)*10+(timevalue&0x0f);while(1)if(ADD

30、=0)delay1ms(10);if(ADD=0)minute+;if(minute=60) timevalue=0;while(ADD=0);if(RED=0)delay1ms(10);if(RED=0)minute-;delay1ms(300);if(minute=0) minute=59;while(RED=0);timevalue=(minute/10)=60) minute=0;delay1ms(5);if(CANL=0) mode=0;Write_com(0x0c);break;if(SET=0) break;WriteSet1302(0x8e,0x80);void seconds

31、et(void) /秒歸零unsigned char second;delay1ms(500);WriteSet1302(0x8e,0x00);while(1)if(ADD=0)delay1ms(10);if(ADD=0)second=0;WriteSet1302(0x80,0x00);while(ADD=0);delay1ms(1);display_Second(second);Write_Address(0x4f);delay1ms(5);if(CANL=0) mode=0;Write_com(0x0c);break;if(SET=0) break;WriteSet1302(0x8e,0x

32、80);void yearset(void)/調(diào)年unsigned char datevalue,year;delay1ms(500);WriteSet1302(0x8e,0x00);datevalue=ReadSet1302(0x8d);year=(datevalue&0x70)4)*10+(datevalue&0x0f);while(1)if(ADD=0)delay1ms(10);if(ADD=0)year+;while(ADD=0);if(RED=0)delay1ms(10);if(RED=0)year-;delay1ms(300);while(RED=0);datevalue=(yea

33、r/10)4)*10+(datevalue&0x0f);while(1)if(ADD=0)delay1ms(10);if(ADD=0)month+;if(month12) month=1;while(ADD=0);if(RED=0)delay1ms(10);if(RED=0)month-;delay1ms(300);if(month=0) month=12;while(RED=0);datevalue=(month/10)4)*10+(datevalue&0x0f);while(1)if(ADD=0)delay1ms(10);if(ADD=0)day+;if(day31) day=1;while(ADD=0);if(RED=0)delay1ms(10);if(RED=0)day-;delay1ms(300);if(day=0) day=31;while(RED=0);datevalue=(day/10)23) value=0;while(ADD=0);if(RED=0)delay1ms(20);if(RED=0)value-;if(value=0) value=23;while(RED=0);houra=value;dis